Går det att flyga miljövänligt?

4 februari 2018
Martin Hedberg
Uncategorized
24 Comments

Ur ett marknadsföringsperspektiv så går det säkert utmärkt att flyga miljövänligt. Se bara på hur väl etablerat det blev med ”Gröna inflygningar”. Det låter rent, ja till och med som om världen blev bättre ju fler inflygningar som görs.

Men en grön inflygning är inget annat än en självklarhet. Du har farten 900 km/h och ligger på 10 000 meters höjd. För att ta sig ner till stillastående på marken så behövs ingen energi. Tvärtom, du måste bli av med såväl rörelseenergi som lägesenergi.

Det svåra är att göra en grön start. Och en grön transportsträcka.

Det första, en grön start, är uppenbart fysikaliskt motsägelsefull ur energisynpunkt: Från stillastående på marken så skall du ha en hastighet på 900 km/h och ta dig upp till 10 000 meters höjd. Det är omöjligt att göra det utan att tillföra energi. Den andra, själva transporten, kräver att du övervinner luftmotståndet. Förvisso på höjd där luften är tunn, men inte så tunn att du inte har lyftkraft.

Tag tex en Boeing 787 Dreamliner. Ett flygplan som Norwegian marknadsför som ”det mest miljövänliga alternativet av flygplan”. Nu är jag i och för sig mest intresserad av dess fysikaliska egenskaper, inte prestanda jämfört med andra flygplan. Men det får fungera som exempel avseende vikt, marschfart och passagerare. (För beräkningar, gå till slutet av artikeln).

För att få upp en Dreamliner på marschhöjd krävs det rörelse och höjd:

  • Rörelseenergi: 8 000 MJ, att få det från från stillastående till 900 km/h,
  • Lägesenergi: 25 000 MJ, att lyfta det från 0 till 10 000 meters höjd.
  • dvs Totalt 33 000 MJ (miljoner Joule).

Detta är alltså den rent mekaniska energi som vi tillfört flygplanet. Hittills har vi inte räknat med några förluster i form av värme, friktion mm.

För att ge planet fart och höjd så använder vi den kemiska energin som finns bunden i flygbränsle. För att få loss (återigen utan några förluster) 33 000 MJ så behöver vi 760 kg, eller ca en kubikmeter, flygbränsle.

Om vi antar att flygmotorer har en verkningsgrad på 20% (den kunnige och intresserade får gärna korrigera detta värde) så behövs det alltså 165 000 MJ eller 3800 kg flygbränsle för att komma upp i marschfart på flyghöjd. 

Och för att lunka på däruppe det går åt storleksordningen lika mycket (5600 kg) per flygtimme.

Det här energi som man inte får tillbaka när man landar, hur grön inflygning man än försöker göra. Energin som man behöver tillföra för att få upp planet i luften finns det inget sätt att återvinna. Rörelseenergin och lägesenergin, som man hade alldeles nyss, går förlorad när man skall ta sig från att röra sig med 900 km/h på tiotusen meters höjd, till stillastående på marken. Detta vare sig inflygningen är grön eller inte.

Men transportmedel som är kvar på marken, bil, tåg, cykel, maglev, poddar i vakuumtunnlar, Hyperloop e dyl har inte dessa fysikaliska brister. Dels behöver man inte tillföra någon lägesenergi till farkosten. Dels kan man återvinna en väsentlig del av rörelseenergin när man bromsar in farkosten (man kör motorn som generator). Den enda energin som går förlorad är friktion genom eventuellt rull- och luftmotstånd.

Min huvudsakliga kritik mot flyg, vare sig de är pimpade med gröna inflygningar eller biobränslen (som ju också genererar utsläpp av partiklar och vattenånga på höjd), är att de har fysiken emot sig jämfört med om man väljer markbundna transporter.

Jovisst kan man misslyckas med marktransporter också, men man har inte fysikens lagar emot sig. Med visionära ledare och kompetenta ingenjörer, samhällsvetare, ekologer och forskare från andra relevanta områden så kan man få till något riktigt bra på marken, i marken eller på brosystem några tiotals meter över marken.

Men det är klart, om man idag skall väldigt långt eller till ett område där det inte finns vägar så kanske flyg i en eller annan form är det enda alternativet. Men ”miljövänligt”, det är det inte.

/Martin

PS. I första versionen av grafik hade jag bytt plats på energimängderna för läges- och rörelseenergi. Detaljerna var fel, men summan rätt. Jag har gjort och lagt upp en korrigerad bild (på vilken det längst ner står att den är uppdaterad 4 feb kl 19:30). Om du inte ser rätt bild så är det pga att cashade system som tex Facebook, Twitter eller lokala browsers inte är uppdaterade. DS

Beräkningar…

En Dreamliner har en (max) startvikt på 252 650 kg (och kan ta 344 passagerare, vilket ger 734 kg per passagerare.)

Den undre gränsen för hur energisnål en Boeing 787 kan bli definieras av fysikaliska lagar: Hur mycket energi [E] går det åt att ge ett föremål med massa [m], hastigheten [v] och höjden [h]? Energi = Rörelseenergi (kinetisk energi) + lägesenergi (potentiell energi)

E = ½mv2 + mgh

(där hastigheten är 250 m/s (900 km/h) och g=9,81 m/s2)

Det blir 8 000 (rörelseenergi) + 25 000 (lägesenergi) = 33 000 MJ (miljoner Joule).

Det här är alltså energin som krävs för att få upp planet, från stillastående på marken, till marschhöjd.

Hur mycket är det omräknat i flygbränsle? Ett typiskt flygbränsle innehåller ca 43 MJ/kg (Kerosene type BP Jet A-1 är 43,15 MJ/kg, källa Wikipedia). Det går alltså åt minst 33 000/43=760 kg, eller ca en kubikmeter, flygbränsle att starta (densitet 804 kg/m3).

Det är alltså om du inte har några energiförluster alls. Med en verkningsgrad på 20% så krävs det fem kubikmeter flygbränsle. Vad som är realistisk verkningsgrad kanske någon läsare kan utröna.

            

About author View all posts Author website

Martin Hedberg

24 CommentsLeave a comment

  • Startsiffror för en 787:a ramlade inte direkt över en när man började leta. Det i sig är ju en anledning till att gräva vidare. Vill man inte ge ut siffror så finns det en anledning. Man kan ju försvara sig med att det beror på hur man flyger, vilket är sant. Nära fullgas upp till 2600 meter hittade jag på Boeing 787-8. Men om bolagen inte använder sina 787:or enligt Boeings uträkningar då?

    Hittade följande:
    http://www.lissys.demon.co.uk/boeing787-2011.html
    Avslutningen känns rimlig tycker jag:
    The B787-8 is used by ANA in domestic and regional service over distances of 300 to 1200 nm (HND-OKJ, HND-PEK). Such usage is ill-matched to intrinsic design-sizing considerations for this aircraft. For example, when carrying 25 tonnes over 1000 nm the B787-8 burns approximately 10.6 tonnes of fuel (and more for early deliveries with acknowledged performance shortfalls). In contrast, a B757-300W is better sized to carry the same payload over the same distance, burning merely 8.6 tonnes despite its senescence, albeit at economy-class comfort levels (no deterioration, best engine option). The B767-300ERW burns 10.3 tonnes under the same circumstances. The factual significance and operational reality of such (counter-expectational) mission-specific fuel burns can appear negated or reversed through contrived definitions of efficiency metrics based on point conditions.”

    Får se om jag letar mer senare för det här var faktiskt intressant.

    Följande är lika intressant, som komplikation till utsläppen.
    Kalifornien kanske bara fick en våt vinter förra året, tillbaka till torkan:
    https://www.sfchronicle.com/news/article/With-storms-skipping-state-nearly-half-of-12544705.php
    ”Less than a year after Gov. Jerry Brown declared an end to one of the worst droughts in California history, a consortium of nationwide water experts reported Thursday that 44 percent of the state is again experiencing at least moderate drought conditions.”
    Lägg till det här:
    https://www.nature.com/articles/s41467-017-01907-4
    ”We conclude that sea-ice loss of the magnitude expected in the next decades could substantially impact California’s precipitation, thus highlighting another mechanism by which human-caused climate change could exacerbate future California droughts.”

    • Här kommer Kung av sand.
      https://story.californiasunday.com/resnick-a-kingdom-from-dust?
      Tyvärr väldigt lång men man bör läsa hela. Förstör den nog lite genom att citera sista stycket men jag gör så iaf:
      ”The extraction of water beneath the lake bottom won’t last forever. The state of California has adopted a new law that finally regulates the pumping. When it goes into full effect, in a decade or two, more than a million acres of cropland across the valley will have to be retired. By then, Wonderful, if it still exists, will be a portfolio run by men even farther away than Beverly Hills. The water will be stripped from the land and sold to developers of new towns both here and over the mountain. In my lifetime alone, California has gone from 13 million people to 40 million people. Nothing will stop the houses. The Wheat King beget the Cattle King, and the Cattle King beget the Cotton King, and the Cotton King beget the Nut King and Pomegranate Queen. Like the waters of the lake, the indent of the Resnicks will recede from the land, too. The Yokut had a saying that when the farmer drained the last drops of snowmelt from Tulare Lake, the water would return. It would return as tule fog to remind the white man of his theft. The fog is our history.”

  • Visst Martin, du har rätt i att det allra bästa för miljön vore att låta flygplanen stå kvar nere på backen. Men om vi skall vara realistiska, så kommer det inte att hända. Världen är beroende av flyget. Flyget behövs för att transportera människor och gods över stora avstånd inom rimlig tid. Det finns också ett stort värde i att människor får möjlighet att uppleva nya kulturer, träffa nya människor och se nya platser, det berikar och för människor närmre varandra.

    Visst går det åt mycket bränsle vid starten, men väl uppe på höjd är flyget energieffektivt och när det handlar om utsläpp per person så är faktiskt flyget jämförbart eller till och med bättre än andra alternativ när det handlar om långa avstånd. Det är som sagt inte realistiskt att sluta flyga, utan det är istället bättre att fokusera på att göra flygningen mer energieffektiv och miljövänlig vilket också görs, utvecklingen går ständigt framåt. Intressant artikel i ämnet: https://www.chalmers.se/sv/institutioner/m2/nyheter/Sidor/EU-satsar-l%C3%A5ngsiktigt-p%C3%A5-ultraeffektiva-flygmotorer.aspx
    På tal om verkningsgrad så har en flygmotor idag en verkningsgrad på ca: 40% enligt Tomas Grönstedt. professor i turbinmaskiner på Chalmers. Man siktar dock på att med ny teknik kunna öka verkningsgraden till 60%.

  • Alldeles oavsett verkningsgrad släpper flygmotorer ut avgaser. Och även om bränsleåtgången per km minskar så kvarstår höghöjdseffekterna som då blir en högre del av totalpåverkan. Det finns människor som anser att just de MÅSTE flyga; tyvärr är de redan för många för att atmosfären (och resten av vår planet) ska kunna hantera det.

    Jag tror det stora problemet är tid. Civilisationen har klarat sig i tusentals år utan flyg, vi har förflyttat oss och våra saker från en plats till en annan först till fots och sedan med olika typer av fordon. Men den som varit snabbast har ofta vunnit, och idag har vi en situation där den som inte flyger är hopplöst sist. Det går inte att göra affärer utan att flyga. Det kanske ändå är så att, tills alla världens affärsmän slutar flyga, flyget är en nödvändig del av framtiden.

    Däremot tror jag inte på det där om ‘att människor får möjlighet att uppleva nya kulturer, träffa nya människor och se nya platser, det berikar och för människor närmre varandra.’ Det fokus på hastighet som får oss att vilja flyga tar också ifrån oss chansen att ‘uppleva’. Det blir lätt ett stressat spring mellan sevärdheter, sedan mat och övernattning på något internationaliserat hotell och raskt hem igen. För att uppleva ett annat land och en annan kultur måste man vara där en längre tid. Och för att förstå hur långt hemifrån man är måste resan dit ta tid.

    Så flyget kanske är en nödvändig del av framtiden, men det måste bli en mycket mindre del. Och det kan förändras i grunden: Om vi flög hälften så högt skulle höghöjdseffekterna nästan försvinna. Om vi flög hälften så fort skulle energiåtgången minska drastiskt. Och om vi flög i mindre och lättare plan skulle de kunna drivas elektriskt. Vi skulle kanske behöva mellanlanda då och då, men med ett litet antal hopp skulle vi nå större delen av världen.

    Flyget har också fördelen jämfört med t.ex. höghastighetståg att infrastrukturen redan finns där. Vi behöver inte investera miljarder och släppa ut megaton CO2 för att komma igång.

    • Anledningen att man flyger på den höjd man gör är för att luftmotståndet är mindre på hög höjd. Skulle man flyga på halva höjden skulle motståndet och därmed bränsleåtgången öka drastiskt så det är ingen bra idé…

      Håller dock med dig om att man behöver tid för att uppleva andra länder och kulturer fullt ut. Och det är just det flyget ger, mer tid. Istället för att spendera 1-2 veckor (och lika lång tid hem) på att ta sig till andra sidan jordklotet så kan man flyga på ett par timmar istället och får mer tid på resmålet.

      Visst har människan klarat sig i tusentals år utan flyg. Och vi har också klarat oss utan el, bilar, datorer, osv. Men utvecklingen går framåt. Det är klart att det allra bästa för miljön vore väl om alla återgick till att bo i grottor och hyddor och levde på bark och rötter, och helst slutar andas också.. Men jag tror att få skulle acceptera detta. Inte jag iaf. Jag tycker vi kan vara realistiska och inse att en viss påverkan på miljön är oundviklig, men vi skall naturligtvis se till att den hålls på en så låg nivå som är realistiskt möjlig. Flyget är en nödvändighet, jag tror på människan och den fria marknaden kommer att lösa de problem som eventuellt kan uppstå (om de uppstår).

      • Då får du boka en biljett till Mars hos SpaceX.
        Falcon Heavy gick upp igår med en Tesla ombord. Tittade på live sändningen igår kväll, alla var så uppspelta att de missade det som sas på sändningen från kontrollrummet, att de tappat centersteget. Elon sade senare att det träffat båten i 300mph.

        • De har nu uppdaterat det där och centersteget träffade vattnet 300 fot från båten. Men det var likväl tillräckligt för att förstöra två motorer och duscha båten med spillror.

        • Jag tyckte det var lite underligt att de bara beklagade att de förlorat livevideon från den. Några fler sensorer som gav information om dess status borde man väl ha.
          Men jag måste ändå ge dem en stor eloge, inte bara för de teknologiska bedrifterna utan för att de trots allt delar så mycket information live.

      • Jag har inte någonsin uppmanat någon att leva på bark och rötter – det var bara ett fånigt slag under bältet.

        Det finns flera anledningar till att flyga på hög höjd; minskat luftmotstånd gör att man kan öka hastigheten och därmed konkurrera med kortare flygtid. Priset är naturligtvis ökad energiförbrukning samt kraftigt ökad forcing. I ett läge nu där det är tveksamt om vi alls kan acceptera flyg är detta exempel på vad flyget kommer att tvingas ge upp.

        Om flyget alls ska ha en framtid måste det drivas av solenergi, antingen med el som energibärare eller med syntetiska kolvätebränslen. Jag ser förbränningsmotorer som en möjlighet endast för riktigt långa sträckor (naturligtvis på lägre höjd), och det kommer att ta längre tid än idag och bli dyrt.

  • Martin, Hyperloop har mängder av andra fysikaliska brister såsom det är presenterat av de olika aktörerna och framförallt av Elon Musk som inte verkar ha tänkt alls. Märkligt att de fått så många att satsa pengar baserat på drömmar. Men likväl utlovas kommersiell trafik redan 2021 i nära ljudhastighet, av Virgin Hyperloop One. Magi?

  • Om tester med alternativa bränslen:
    http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10204/296_read-25658
    Ursäkta det långa citatet men jag tycker det är väsentligt:
    ”Previous results from research flights have shown a significant reduction in soot particles when alternative fuels are used and suggest that this also leads to a lower quantity of ice crystals in contrails. ”Lower soot emissions from these alternative fuels are good news for the environment, and it would be even better if the flight tests confirm that using alternative fuels also reduces the number of ice crystals in contrails,” says NASA’s Bruce Anderson. DLR researcher Hans Schlager adds: ”This is a significant issue because contrails and the cirrus clouds that are formed as a result are thought to have a greater warming effect on Earth’s atmosphere than the total carbon dioxide emissions that have accumulated as a result of air travel over the last century or more.” Contrails contain many small ice particles that form due to the condensation of water vapour on the soot particles in aircraft exhaust gases. Contrails can linger for several hours in humid, cold conditions at altitudes of between eight and 12 kilometres, forming high-level clouds called contrail cirrus. Depending on the position of the Sun and the ground, these clouds can have a local warming or cooling effect. Knowledge of this is essential for assessing the climate impact of aviation. The research conducted thus far suggests that a warming effect is predominant globally.”

    Något i stil med det här (500 Wh/kg, 1,000 Wh/L), eller ännu högre energidensitet:
    https://www.enhancedonlinenews.com/news/eon/20180131005344/en
    Kanske kan få upp den här kärran i luften inom kort:
    https://weflywright.com/

    Jag är för allt som kan eliminera fossila bränslen och som kan vara i drift senast 2035.

  • Bara en så enkel sak som att extrapolera nuvarande förbrukning av fossila bränslen in i framtiden är skrämmande.
    Man behöver inte gräva ned sig i klimat och miljö om man är skeptiker eller alarmist. Bara se hur moder jord byggde upp fossila bränslen under miljontals år och hur vi förbrukar det på hundratals. Att den atmosfär som renades från koldioxid under miljontals år var otjänlig för det liv vi är del av idag och så vidare.
    Och att göra slut på detta otroligt energirika mobila bränsle på så kort tid. Har vi rätt till det? Vi gör oss själva och våra efterlevande en gigantisk otjänst.
    Går man sedan ned i detalj finner man otroliga saker. Men också nödvändigheten att prioritera. Man inser att vi är gravt beroende av våra transporter.
    Passagerarflygningarna och viss transport per flyg har vuxit och växer på sätt som ter sig mest skrämmande i sammanhanget. Tänk er att dag ut och dag in ständigt skicka in flygfotogen i brännkammare motsvarande flödet hos Göta älv växande till Mississippi floden.

  • Vad tycker ni om miljöministerns uttalande som hon kom ut med nyss? Enligt Skog vill regeringen se mer biobränsle i flyg och är färdig att använda politiska styrmedel för att tvinga fram en förändring. Som exempel lyfter hon fram differentiering av flygplansavgifter, offentlig upphandling eller en reduktionsplikt… Jag tycker inte att det är det rätta sättet att gå till väga – vad tycker ni?

    Mer om vad Skog sa hittar ni här:
    https://www.flygkarta.se/regeringen-biobransle-i-flygsektorn/

    • Spel för galleriet. Det enda rätta sättet för närvarande, är att sluta flyga. Man dör inte av det.

    • Det handlar hela tiden om att fortsätta på den inslagna vägen och bromsa in farten mot katastrofen, inte om att svänga av åt något annat håll.

  • Hundra bevis för att Jorden inte är en sfär:
    https://www.gutenberg.org/files/55387/55387-h/55387-h.htm
    Carpenter publicerade den där 1885, tvåhundra år efter Newtons principia och hundrafemtio år efter att Maupertuis expedition bevisade att Newton även hade rätt i att sfären var tillplattad vid polerna:
    https://travelpello.fi/sv/maupertuis-gradmatningsexpedition-lappland/
    Voltaire påstås ha kritiserat expeditionen över att de behövde åka till Arktis för att mäta något som Newton inte ens behövde öppna sitt fönster för att veta. 😀

    Callendar firade nyligen sin 120:e virtuella födelsedag på Twitter. Han påvisade en uppvärmning av Jorden tack vare växthusgaser för 80 år sedan.
    http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qj.49706427503/abstract
    Man kan undra över hur han skulle reagerat idag, när vi pumpat ut 100ppm extra:
    https://image.ibb.co/itNLi7/co2_800k_zoom.png
    Eller 200ppm om man inkluderar dagens uppskattade CO2eq.

    Vi behöver ju faktiskt tillbaka till 1938 års nivåer.

    • Tack för länken till Carpenter! Ser ut som ett skämt, men verkar vid närmare påseende vara allvarligt menat. Jag associerar till Abbotts satir ‘Flatland’ från 1884.
      Jovisst, 1938 flög vi inte lika mycket. Vem ska tillåtas att flyga?

      • Det hade nog varit bra med ett globalt klimatråd som fick bestämma.
        Inte enbart flyget utan samtliga gränser och utsläpp som bevisligen skadar alla. Det finns ju en del som måste få fortsätta flyga och platser som man inte tar sig till utan flyg. Vi har ju byggt in oss i det. Så det blir en fråga om vem som nödvändigt måste få.

        Som exempel och om jag fått bestämma, så hade jag t ex inte låtit Martin att åka till Svalbard. ;D